JP2019149251A - 電池の製造方法及び電池 - Google Patents

Abstract

【課題】巻取体の同一電極から導出した２本の集電タブを電池外装缶に接続している電池において、集電体タブの内タブと外タブとの接合外れの発生を低減した、電池の製造方法を提供する。【解決手段】正極板及び負極板のいずれか一方の極板の外周側に接続される外タブを、絶縁板上において巻取体の内径方向に折り曲げる工程と、絶縁板の穴に挿入された内タブを巻取体の内径方向に折り曲げて、先に折り曲げられた外タブと当接させる工程と、巻取体を絶縁板と共に電池外装缶内に収容する工程と、レーザビームにより、電池外装缶と折り曲げられた内タブとを貫通溶接させ、かつ、折り曲げられた前記内タブと折り曲げられた外タブとを非貫通溶接させる工程と、を備える電池の製造方法である。【選択図】図４

Description

本開示は、電池の製造方法及び電池に関する。

電池内部の電気抵抗を下げて入出力特性を向上させるために、正極板、セパレータ及び負極板が巻かれた巻取体の負極板から導出した２本以上の集電タブを電池外装缶に接続させた電池がある。例えば、特許文献１にはこのような電池が記載されている。

特許文献１に記載されている電池の製造方法を、図１４を用いて説明する。特許文献１の電池は、２本の集電タブ（リード）が電池外装缶１０５に接続されている。巻取体１０４の内側に配置された集電タブを内タブ１１２ａ、外側に配置された集電タブを外タブ１１２ｂと称す。

内タブ１１２ａの方が巻取体１０４の中心側である内側にあるため、内タブ１１２ａを巻取体１０４の内径方向に折り曲げても、内タブ１１２ａは外タブ１１２ｂと干渉しない。逆に、外タブ１１２ｂを巻取体１０４の内径方向に折り曲げると、外タブ１１２ｂは内タブ１１２ａと干渉してしまう。そこで、外タブ１１２ｂと内タブ１１２ａが干渉しないように、内タブ１１２ａを折り曲げてから、次に、外タブ１１２ｂを折り曲げている。これにより、電池外装缶１０５と外タブ１１２ｂとが接触し、外タブ１１２ｂと内タブ１１２ａとが接触している構造となっている。

さらに、巻取体１０４が挿入された電池外装缶１０５の外側からレーザビーム１１４を照射して、外タブ１１２ｂと内タブ１１２ａを電池外装缶５に溶接部１１３で溶接している。電池外装缶１０５と外タブ１１２ｂとが貫通溶接され、且つ、外タブ１１２ｂと内タブ１１２ａとが非貫通溶接されている。

特開２０１５−１６２３２６号公報（図１）

しかしながら、巻取体１０４の負極から導出した集電タブを電池外装缶１０５に接続している電池において、例えば信頼性試験でかける負荷の数倍以上の激しい負荷をかけると、溶接部１１３の集電タブが外れる場合がある。内タブ１１２ａと外タブ１１２ｂとの接合強度は、外タブ１１２ｂと電池外装缶１０５との接合強度よりも弱い。これにより、溶接部１１３において、接合強度が弱い内タブ１１２ａと外タブ１１２ｂとの接合外れが生じる場合がある。

従って、本開示は、前記課題を解決するものであり、内タブと外タブとの接合外れの発生を低減した電池の製造方法、及び、接合外れの発生を低減した電池を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本開示の態様にかかる電池の製造方法は、
正極板及び負極板がセパレータを介して捲回されて構成され、前記正極板及び前記負極板のいずれか一方の極板の外周側に接続される外タブと、前記極板の内周側に接続される内タブと、をそれぞれ有する巻取体を準備する工程と、
前記内タブを絶縁板の穴に挿入し、前記絶縁板を前記外タブおよび前記内タブが突出する前記巻取体の端部側に配置する工程と、
前記外タブを、前記絶縁板上において前記巻取体の内径方向に折り曲げる工程と、
前記絶縁板の前記穴に挿入された前記内タブを前記巻取体の内径方向に折り曲げて、先に折り曲げられた前記外タブと当接させる工程と、
前記巻取体を前記絶縁板と共に電池外装缶内に収容する工程と、
レーザビームにより、前記電池外装缶と折り曲げられた前記内タブとを貫通溶接させ、かつ、折り曲げられた前記内タブと折り曲げられた前記外タブとを非貫通溶接させる工程と、を備える。

また、前記目的を達成するために、本開示の態様にかかる電池は、
正極板及び負極板がセパレータを介して捲回されて構成され、前記正極板及び前記負極板のいずれか一方の極板の外周側に接続される外タブと、前記極板の内周側に接続される内タブと、をそれぞれ有する巻取体と、
前記内タブが挿入される穴を有し、前記外タブおよび前記内タブが突出する前記巻取体の端部側に配置された絶縁板と、
前記巻取体を前記絶縁板と共に収容する電池外装缶と、を備え、
前記外タブは、前記巻取体の内径方向に折り曲げられて前記絶縁板と当接し、
前記内タブは、前記絶縁板の前記穴を通過して前記巻取体の内径方向に折り曲げられ、
前記内タブが前記外タブと当接し、且つ、前記内タブが前記電池外装缶と当接するように、前記外タブと前記内タブと前記電池外装缶とが溶接された溶接部を備え、
前記溶接部は、前記電池外装缶と前記内タブとを貫通し、前記外タブを非貫通とするように形成されている。

以上のように、本開示の前記態様によれば、内タブと外タブとの接合外れを低減した電池の製造方法及び接合外れを低減した電池を実現することができる。

従来の実施の形態における電池の構成を模式的に示す縦断面図 従来の実施の形態における集電体と電池外装缶との溶接部の縦断面図 従来の実施の形態における集電体と電池外装缶との溶接部の縦断面図 本開示の第１の実施の形態における電池の構成を模式的に示す縦断面図 本開示の第１の実施の形態における電池の製造方法の流れを示すフローチャート 外タブと内タブとが接合されている負極板の平面図 本開示の第１の実施の形態における電池の製造方法を示す説明図 本開示の第１の実施の形態における電池の製造方法を示す説明図 本開示の第１の実施の形態における電池の製造方法を示す説明図 本開示の第１の実施の形態における電池の製造方法を示す説明図 本開示の第１の実施の形態における電池の製造方法を示す説明図 本開示の第１の実施の形態における電池の製造方法を示す説明図 本開示の第１の実施の形態における集電体と電池外装缶との溶接部の縦断面図 本開示の第１の実施の形態における集電体と電池外装缶との溶接部の縦断面図 巻取体における内タブと外タブとの位置関係を示す説明図 巻取体における内タブと外タブとの位置関係を示す説明図 巻取体における内タブと外タブとの位置関係を示す説明図 巻取体において内タブの必要長さを示す説明図 巻取体において内タブの必要長さを示す説明図 本開示の第３の実施の形態における電池の構成を模式的に示す縦断面図 タブ折り曲げ長さを説明する部分縦断面図 タブ折り曲げ長さを説明する部分縦断面図 本開示の第３の実施の形態における電池の製造方法を示す説明図 本開示の第３の実施の形態における電池の製造方法を示す説明図 本開示の第３の実施の形態における電池の製造方法を示す説明図 本開示の第３の実施の形態における電池の製造方法を示す説明図 本開示の第３の実施の形態における電池の製造方法を示す説明図 本開示の第３の実施の形態における電池の製造方法を示す説明図 本開示の第３の実施の形態における外タブと内タブとの位置関係を示す説明図 本開示の第３の実施の形態における外タブと内タブとの位置関係を示す説明図 本開示の第３の実施の形態における外タブと内タブとの位置関係を示す説明図 本開示の第３の実施の形態における外タブと内タブとの位置関係を示す説明図 本開示の第３の実施の形態における外タブと内タブとの位置関係を示す説明図 従来の電池の要部を示す部分縦断面図

まず、従来の製造方法により製造された電池の問題点について、図１、図２Ａ、及び図２Ｂを参照して、より詳細に説明する。従来の製造方法では、高負荷をかけると、負極の集電タブの接合外れが発生する場合がある。図１は、負極板に２つの集電タブを有する、従来の電池の縦断面図であり、図２Ａ及び図２Ｂは、従来の電池の要部を簡潔に示している断面図である。なお、本明細書において、電池の正極外部端子側を上方、電池外装缶の缶底側を下方として説明する。

図１及び図２Ａに示すように、電池外装缶１０５の中に巻取体１０４が収納されている。この巻取体１０４の下には、中央部に円形の穴が開いた円形状の下部絶縁板１０８がある。この下部絶縁板１０８は、負極外部端子である電池外装缶１０５、及び、負極集電タブ（内タブ１１２ａ、外タブ１１２ｂ）と巻取体１０４の正極板１０１とが接触しないようにするための絶縁板である。この下部絶縁板１０８の下に内タブ１１２ａが、その下に外タブ１１２ｂがある。この外タブ１１２ｂの下に電池外装缶５の缶底がある。内タブ１１２ａが先に折り曲げられ、次に、外タブ１１２ｂが折り曲げられている。電池外装缶１０５と外タブ１１２ｂとが貫通溶接されており、外タブ１１２ｂと内タブ１１２ａとが非貫通溶接されている。以下、タブの折り曲げ部からタブの溶接部までの長さ（Ｌｓ）を『タブ接合長さ』と称する。

近年、電池には、より高い信頼性（強い接合強度）が必要とされてきている。電池を激しい負荷による信頼性試験にかけると、電池外装缶１０５内の巻取体１０４には、上下方向、及び、回転方向に力がかかり、内タブ１１２ａ、外タブ１１２ｂ、及び電池外装缶１０５の溶接部分に負荷がかかる。例えば、図２Ｂでは極端に示しているが、落下試験において、特に、巻取体１０４が電池外装缶１０５から飛び出す方向（図２Ｂ上では上方向）に力がかかる。実際、巻取体１０４は飛び出す方向に動いている。

外タブ１１２ｂのタブ接合長さＬｓは長く（例えば１０ｍｍ）、内タブ１１２ａのタブ接合長さＬｓは外タブ１１２ｂのタブ接合長さＬｓよりも短い（例えば２ｍｍ）。これにより、巻取体１０４が外へ飛び出した時には、内タブ１１２ａと外タブ１１２ｂとの接合部分への負荷が非常に大きくなる。また、回転方向に対しても、外タブ１１２ｂのタブ接合長さＬｓが長いので、外タブ１１２ｂがしなって溶接部１１３への負荷を和らげるが、タブ接合長さＬｓが短い内タブ１１２ａでは、内タブ１１２ａがしならないため、回転負荷が強くかかる。具体的には、内タブ１１２ａと外タブ１１２ｂとの接合部には、約３０Ｎｍｍの外部負荷がかかる。

溶接部１１３の形成は、レーザビーム１１４を電池外装缶１０５の外側から照射して、電池外装缶１０５と外タブ１１２ｂと内タブ１１２ａとを同時に接合している。そのため、外タブ１１２ｂは貫通溶接して、電池外装缶１０５と内タブ１１２ａに接合されており、外タブ１１２ｂと電池外装缶１０５との接合幅も広いため、外タブ１１２ｂと電池外装缶１０５と接合強度も強くなっている。具体的には、３５〜４０Ｎｍｍの接合強度がある。

一方、内タブ１１２ａは、巻取体１０４の内部へのスパッタ混入を防止するために、非貫通溶接となっている。また、その溶接部１１３の溶融深さは、レーザビーム１１４のレーザ出力と照射時間とを調節することにより、内タブ１１２ａを貫通溶接しないように制御している。このように、内タブ１１２ａは、外タブ１１２ｂとしか接合されておらず、また、内タブ１１２ａと外タブ１１２ｂとの接合幅も狭いので、内タブ１１２ａと外タブ１１２ｂとの接合強度も小さくなっている。具体的には、２０〜２５Ｎｍｍの接合強度しかない。上述したように、内タブ１１２ａの接合部分へは約３０Ｎｍｍの外部負荷がかかるが、内タブ１１２ａと外タブ１１２ｂとの接合強度が２０〜２５Ｎｍｍしかないため、内タブ１１２ａと外タブ１１２ｂとの接合部分で接合外れが発生する場合がある。

（第１の実施の形態）
以下、本開示の第１の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下の実施の形態に限定されるものではない。また、本開示の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。更に、他の実施の形態との組合せも可能である。

まず、図３を参照する。図３は、本開示の第１の実施の形態における電池Ｂｔ１の構成を模式的に示した縦断面図である。

図３に示すように、電池Ｂｔ１において、正極板１と負極板２とがセパレータ３を介して巻き取られた巻取体４が、電池外装缶５内に上部絶縁板７と下部絶縁板８とで挟み込まれた状態で電解液とともに収容されている。下部絶縁板８は、例えば、円形であり、捲回された巻取体４の最外周のセパレータ３の下端部と接触する程度の大きさを有する。電池外装缶５の開口部は、ガスケット６を介して封口板１０で封口されている。巻取体４のいずれか一方の極板（例えば、正極板１）から導出された正極集電タブ１１は、封口板１０に溶融部９を介してレーザ接合されている。封口板１０と電気的に接続された、金属製のキャップ１５は、正極外部端子となる。また、他方の極板（例えば、負極板２）から導出された負極集電タブ１２と電池外装缶５とが、溶接部１３を介して電池外装缶５とレーザ接合されている。

このような電池Ｂｔ１の製造方法を、図４も参照して説明する。図４は、第１の実施の形態の電池Ｂｔ１を製造する流れを示すフローチャートである。

まず、工程Ｓ１では、巻取体４を準備する。正極板１に正極集電タブ１１の一端を、負極板２に内タブ１２ａ及び外タブ１２ｂのそれぞれの一端を、所定の位置に接続する。次に、巻取機において、これらの正極板１及び負極板２を、セパレータ３を介して捲回して巻取体４を形成する。

図５に示すように、負極板２に対して、内タブ１２ａの一端を接続し、内タブ１２ａから間隔Ｌだけ離れた所に、外タブ１２ｂの一端を接続させる。そして、この負極板２と正極板１とをセパレータ３を介して、矢印Ｙの方向に巻いていく。巻き始めにある内タブ１２ａは巻取体４の内周側（中心側）に、巻き終わりにある外タブ１２ｂは巻取体４の外周側に配置される。

第１の実施の形態では、電池Ｂｔ１の機構設計として、図６Ａに示すように、巻取体４において、内タブ１２ａと外タブ１２ｂとが互いに直交する角度に巻き取られるように、負極板２上の内タブ１２ａと外タブ１２ｂとの間隔Ｌが設定されている。負極板２に、負極集電タブ１２を複数本備えることで、電池Ｂｔ１内部の電気抵抗を下げ、急速充電性能、急速放電性能を高めることができる。なお、直交する角度とは、例えば、９０°±１０°または２７０°±１０°の範囲の角度をいう。

次に、巻取体４の完成後から、負極集電タブ１２の折り曲げ、電池外装缶５とのレーザ接合までを、図６Ａ〜図６Ｄも参照しながら詳細に説明する。図６Ａ〜図６Ｄにおいて、上方の図は巻取体４を負極集電タブ側から見た平面図であり、下方の図は巻取体４の簡略な断面図である。

図６Ａに示すように、巻取体４から負極集電タブ１２がそれぞれ突き出ている。以下、巻取体４の直径方向内側にある負極集電タブ１２を内タブ１２ａ、直径方向外側にある負極集電タブ１２を外タブ１２ｂと称す。第１の実施の形態では、この内タブ１２ａと外タブ１２ｂとは、回転方向（捲回方向）に対して、直交する位置関係にある。言い換えると、平面視において、外タブ１２ｂから巻取体４の中心を通って内タブ１２ａへ至る角度が直角（９０°±１０°または２７０°±１０°）である。

次に、Ｓ２工程では、図６Ｂに示すように、円板状で中央部に丸穴Ｕｃが開いた下部絶縁板８を、その丸穴Ｕｃに巻取体４から突出した内タブ１２ａを挿入して、下部絶縁板８を外タブ１２ｂおよび内タブ１２ａが突出する巻取体４の端部側に配置する。

次に、Ｓ３工程では、図６Ｃに示すように、外タブ１２ｂを、下部絶縁板８の外側から下部絶縁板８の面に沿って、巻取体４の内径方向に向けて折り曲げる。

次に、Ｓ４工程では、図６Ｄに示すように、下部絶縁板８の丸穴Ｕｃから突出する内タブ１２ａを巻取体４の内径方向に向けて折り曲げる。また、折り曲げた内タブ１２ａを、先に折り曲げた外タブ１２ｂと当接させる。内タブ１２ａと外タブ１２ｂとが、直交する位置関係にあるため、お互いのタブが物理的に干渉することはない。

次に、Ｓ５工程では、巻取体４を長手方向に反転させ、図６Ｅに示すように、外タブ１２ｂ及び内タブ１２ａが底側に位置するように電池外装缶５に挿入する。すなわち、巻取体４を電池外装缶５内に収容する。

次に、Ｓ６工程では、図６Ｆに示すように、電池外装缶５の底側（図面上では下側）から、レーザビーム１４を照射して、電池外装缶５と内タブ１２ａと外タブ１２ｂとを同時に溶接する。電池外装缶５側に位置する内タブ１２ａは貫通溶接し、電池外装缶５と外タブ１２ｂとの間で接合されている。一方、外タブ１２ｂは非貫通溶接で、内タブ１２ａと接合されている。巻取体４の内部に溶融時のスパッタが入らないように、巻取体４の最内側にある外タブ１２ｂは非貫通溶接にしている。この後の、電池Ｂｔ１の製造方法は、従来と同様であるので、説明を省略する。

次に、第１の実施の形態の製造方法による電池Ｂｔ１は、激しい負荷による信頼性試験（落下試験、振動試験等）で、負極集電タブ１２の接合外れが発生しにくい理由について説明する。

第１の実施の形態の製造方法による電池Ｂｔ１における、内タブ１２ａと外タブ１２ｂと電池外装缶５の接合部の縦断面説明図を図７Ａ、図７Ｂに示す。図７Ａにおいて、本来は、内タブ１２ａと外タブ１２ｂとは直交する位置関係であるが、理解しやすいように、内タブ１２ａと外タブ１２ｂとを対向する位置（１８０°反対側）に配置して図示している。図７Ａに示しているように、内タブ１２ａは貫通溶接しており電池外装缶５と外タブ１２ｂとに接合されている。一方、外タブ１２ｂは非貫通溶接しており内タブ１２ａと接合されている。

電池外装缶５とタブ接合長さＬｓの短い内タブ１２ａとの接合部分へは大きな負荷がかかるが、内タブ１２ａとタブ接合長さＬｓの長い外タブ１２ｂの接合部分へは内タブ１２ａほど負荷はかからない（図７Ｂ参照）。

一方、第１の実施の形態の電池Ｂｔ１では、内タブ１２ａは貫通溶接して、電池外装缶５と外タブ１２ｂとに接合されており、内タブ１２ａと電池外装缶５との接合幅が広いため、接合強度が３５〜４０Ｎｍｍある。一方、外タブ１２ｂは、巻取体４の内部へのスパッタ混入を防止するため非貫通溶接となっており、内タブ１２ａとしか接合されておらず、また、内タブ１２ａと外タブ１２ｂとの接合幅も狭いため、接合強度は、２０〜２５Ｎｍｍしかない。

しかしながら、上述したように、内タブ１２ａと電池外装缶５との接合部分へは約３０Ｎｍｍの外部負荷がかかるが、内タブ１２ａと電池外装缶５との接合強度が３５〜４０Ｎｍｍあるため、内タブ１２ａと電池外装缶５との接合部分で接合外れが発生しない。また、接合強度が弱い外タブ１２ｂには大きな外部負荷がかからないため、内タブ１２ａと外タブ１２ｂとの接合部分で接合外れが発生しにくい。

以上述べたように、第１の実施の形態にかかる電池Ｂｔ１の製造方法によれば、正極板１及び負極板２がセパレータ３を介して捲回されて構成され、負極板２の極板の外周側に接続される外タブ１２ｂと、外タブ１２ｂが接続された負極板２の内周側（中心側）に接続される内タブ１２ａとをそれぞれ有する巻取体４を準備する工程Ｓ１と、内タブ１２ａを下部絶縁板８の丸穴Ｕｃに挿入し、下部絶縁板８を外タブ１２ｂおよび内タブ１２ａが突出する巻取体４の端部側に配置する工程Ｓ２と、外タブ１２ｂを、下部絶縁板８上において巻取体４の内径方向に折り曲げる工程Ｓ３と、下部絶縁板８の丸穴Ｕｃに挿入された内タブ１２ａを巻取体４の内径方向に折り曲げて、先に折り曲げられた外タブ１２ｂと当接させる工程Ｓ４と、巻取体４を下部絶縁板８と共に電池外装缶５内に収容する工程Ｓ５と、レーザビーム１４により、電池外装缶５と折り曲げられた内タブ１２ａとを貫通溶接させ、かつ、折り曲げられた内タブ１２ａと折り曲げられた外タブ１２ｂとを非貫通溶接させる工程Ｓ６と、を有する。

また、実施の形態にかかる電池Ｂｔ１によれば、正極板１及び負極板２がセパレータ３を介して捲回されて構成され、負極板２の極板の外周側に接続される外タブ１２ｂと、外タブ１２ｂが接続された極板の内周側（中心側）に接続される内タブ１２ａと、をそれぞれ有する巻取体４と、内タブ１２ａが挿入される丸穴Ｕｃを有し、外タブ１２ｂおよび内タブ１２ａが突出する巻取体４の端部側に配置された下部絶縁板８と、巻取体４を下部絶縁板８と共に収容する電池外装缶５と、を備え、外タブ１２ｂは、巻取体４の内径方向に折り曲げられて下部絶縁板８と当接し、内タブ１２ａは、下部絶縁板８の丸穴Ｕｃを通過して巻取体４の内径方向に折り曲げられ、内タブ１２ａが外タブ１２ｂと当接し、且つ、内タブ１２ａが電池外装缶５と当接するように、外タブ１２ｂと内タブ１２ａと電池外装缶５とが溶接された溶接部１３を備え、溶接部１３は、電池外装缶５と内タブ１２ａとを貫通し、外タブ１２ｂを非貫通とするように形成されている。

このように、第１の実施の形態の電池Ｂｔ１の製造方法及び電池Ｂｔ１は、巻取体４から突出している集電タブの外タブ１２ｂを先に折り曲げ、次に、内タブ１２ａを折り曲げ、電池外装缶内５に収容している。電池外装缶５の外側からレーザビーム１４を用いて、電池外装缶５と内タブ１２ａと外タブ１２ｂとを、同時にレーザ接合させる。これにより、電池Ｂｔ１の激しい負荷による信頼性試験（落下試験、振動試験など）において、内タブ１２ａと外タブ１２ｂとの接合部分が外れにくく、且つ、内タブ１２ａと電池外装缶５との接合部分も外れにくい、信頼性の高い電池Ｂｔ１を実現することができる。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態における電池の巻取体の形成方法について説明する。まず、第１の実施の形態における巻取体４から突出した内タブ１２ａと外タブ１２ｂとの回転方向（捲回方向）に対する相対角度精度について説明する。

正極板１、及び、負極板２の厚みバラツキ、巻き取る時のテンションのバラツキなどにより、巻き取り後の巻取体４の内タブ１２ａと外タブ１２ｂとの回転方向の相対角度を精度良く合わせることが困難である。例えば、図６Ａに示すような内タブ１２ａと外タブ１２ｂとが直交する角度を狙っても、巻取体４では、最終的に最大で、図８Ａ、図８Ｂに示すような角度にずれてしまうことがある。つまり、図８Ｃに示すように、外タブ１２ｂの位置に対して、内タブ１２ａの回転方向の角度ばらつきは、±４５°程度となってしまう。なお、外タブ１２ｂと内タブ１２ａとのなす角度は、平面視で、外タブ１２ｂから巻取体４の中心を経て内タブ１２ａに至る角度のことである。

第２の実施の形態における電池の巻取体の形成方法では、巻取体４の内タブ１２ａと外タブ１２ｂとの回転方向に対する相対角度を測定し、その相対角度が所定の相対角度範囲に入っていれば良品とし、入っていなければ不良品とする。一方、その相対角度が良品角度範囲内であるが、目標とする相対角度からずれていれば、そのずれ角度を負極板２に対する長さ方向のずれ量として換算し、次の巻取り条件（内タブ１２ａと外タブ１２ｂの接合位置）にフィードバックさせる。

具体的には、負極板２の内タブ１２ａと外タブ１２ｂとの間隔Ｌにそのずれ量を足すまたは差し引いて、内タブ１２ａと外タブ１２ｂとを接合させることにより、目標とする相対角度に近づけることができる。例えば、内タブ１２ａと外タブ１２ｂとを互いに直交する位置角度に設定すると、内タブ１２ａと外タブ１２ｂとが互いに干渉しないので、外タブ１２ｂを折り曲げ、次に、内タブ１２ａを折り曲げることができる。

（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態の電池の製造方法及び電池について説明する。第２の実施の形態を実施するためには、外タブ１２ｂと内タブ１２ａとの位置合わせのために高精度な巻取機が必要となり、設備のコスト高になる。また、内タブ１２ａと外タブ１２ｂとの相対角度検査後に、規定の相対位置を満たさない不良品が発生し、歩留まりが悪化する可能性がある。そこで、第３の実施の形態において、従来の巻取機を用いても、つまり、内タブ１２ａと外タブ１２ｂとの回転方向の角度バラツキが±４５°以内であれば対応できる電池、及び、その製造方法を示す。

また、従来の内タブの折り曲げでは、図９Ａに示すように、内タブ１１２ａを折り曲げた後、その内タブ１１２ａの先端位置は巻取体４の巻き芯穴、及び下部絶縁板１０８の中心に設けられた丸穴Ｕｒより長くさせる必要がある。もし、内タブ１１２ａの先端が巻取体４の巻き芯穴、及び丸穴Ｕｒを越えなければ、外タブ１１２ｂや電池外装缶１０５の缶底と接合できなくなる。また、内タブ１１２ａの先端が巻取体４の巻き芯穴、及び丸穴Ｕｒより長い時でも、内タブ１１２ａの折り曲げ時に、内タブ１１２ａの先端が丸穴Ｕｒ、及び巻取体１０４の巻き芯穴に入り込み、巻取体１０４の内部にあるセパレータ１０３を突き破り、正極板１０１と接触し短絡するという不良が発生してしまう（図９Ｂ参照）場合がある。

この不良を防止するために、タブ折り曲げ長さ（タブの折り曲げ部からタブ先端までの長さ）が、折り曲げ後に、丸穴Ｕｒ、及び巻取体１０４の巻き芯穴を越えて十分に長くなるように、負極板１０２に接合する内タブ１１２ａの長さ方向の接合位置を調整している。また、当然、外タブ１１２ｂのタブ折り曲げ長さは、内タブ１１２ａのタブ折り曲げ長さよりも長くなっている。

そのため、従来の形態では、内タブ１１２ａと外タブ１１２ｂを折り曲げる際に、互いの物理的干渉を防ぐため、先に、内タブ１１２ａを折り曲げ、次に、外タブ１１２ｂを折り曲げている。例えば、図８Ａ、図８Ｂの事例では、内タブ１２ａを先に折り曲げないと、外タブ１２ｂを折り曲げることができない。

また、第１の実施の形態における下部絶縁板１０８の中央部に設けられた丸穴Ｕｃについて説明する。巻取体４から出ている外タブ１２ｂは、下部絶縁板８の外側から巻取体４の巻き芯方向に向かって折り曲げることができる。一方、内タブ１２ａは巻取体４の巻き芯近傍から突出しているので、この内タブ１２ａを通すための穴が下部絶縁板８に必要となる。さらに、下部絶縁板８の配置方向が制限されることなく内タブ１２ａを取り出すために、その中央部に丸穴Ｕｃが開いている。

図１０は、本開示の第３の実施の形態における電池Ｂｔ３の構成を模式的に示した断面図である。図１の第１の実施の形態における電池Ｂｔ１の構成と異なる点は、下部絶縁板８ａの形状、内タブ１２ａと外タブ１２ｂとの位置関係、及び、外タブ１２ｂの長さである。したがって、以下に記載された事項以外の点については、第１の実施の形態と共通である。

第３の実施の形態における下部絶縁板８ａには、その中央部に丸穴Ｕｃは開いておらず、中央部から離れた所にスリット状の穴Ｕｓが開いている。また、第１の実施の形態において、内タブ１２ａと外タブ１２ｂとの位置関係は直交する（９０°の）位置関係にあるが、一方、第３の実施の形態における内タブ１２ａと外タブ１２ｂとの位置関係は略対向する（１８０°反対側の）位置関係にある。以下、タブの折り曲げ部からタブ先端までの長さを『タブ折り曲げ長さ』と呼ぶことにする。図１１Ａは、第１の実施の形態における外タブ１２ｂのタブ折り曲げ長さＬｅを説明するための簡略化された部分縦断面図であり、図１１Ｂは、第３の実施の形態における外タブ１２ｂのタブ折り曲げ長さＬｅを説明するための簡略化された部分縦断面図ある。

図１１Ａ、図１１Ｂにおいて、各寸法を以下のように定義する。
Ａ：巻取体４の外径／２、
Ｂ：巻き芯径／２、
Ｃ：下部絶縁板８ａの穴径／２−巻き芯径／２、
Ｄ：電池外装缶５の内径−下部絶縁板８ａの外径、
Ｅ：スリット状の穴Ｕｓと内タブ１２ａとのクリアランス。

次に、これらの寸法を使うと、図１１Ａに示す第１の実施の形態における外タブ１２ｂのタブ折り曲げ長さＬｅの寸法範囲は、
Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＜Ｌｅ＜２×Ａ
となる。

また、図１１Ｂに示す第３の実施の形態における外タブ１２ｂのタブ折り曲げ長さＬｅの寸法範囲は、
Ａ＋Ｂ−Ｅ＜Ｌｅ＜Ａ＋Ｂ＋Ｅ
となる。

例えば、具体的な数値を上げると、巻取体４の外径はφ２０ｍｍであるので、Ａ＝１０ｍｍとなる。また、巻芯径はφ３ｍｍであり、下部絶縁板８の穴径はφ５ｍｍであるので、Ｂ＝１．５ｍｍ、Ｃ＝１ｍｍとなる。また、電池外装缶５の内径はφ２１ｍｍであり、下部絶縁板８の外径はφ１９ｍｍであるので、Ｄ＝２ｍｍとなる。一方、スリット状の穴Ｕｓと内タブ１２ａとのクリアランスは０．５ｍｍとなっている。

以上の寸法から、第１の実施の形態における外タブ１２ｂのタブ折り曲げ長さＬｅの寸法範囲は、１４．５〜２０ｍｍとなる。一方、第３の実施の形態における外タブ１２ｂのタブ折り曲げ長さＬｅの寸法範囲は、１１〜１２ｍｍとなる。

第３の実施の形態における電池Ｂｔ３の製造方法について図４を参照して以下に説明する。第１の実施の形態における電池Ｂｔ１の製造方法と同様の工程はその説明を簡略にする。第３の実施の形態においても、工程Ｓ１において、巻取体を準備する。

次に、第３の実施の形態における巻取体４の完成後から、負極集電タブ１２の折り曲げ、電池外装缶５とのレーザ接合までを、図１２Ａ〜図１２Ｆをさらに参照しながら詳細に説明する。図１２Ａ〜図１２Ｆにおいて、巻取体４を上方側から見た外観図を上方に配置し、巻取体４の断面図を下方に配置して、それぞれの位置関係が理解できるように示している。

図１２Ａに示すように、巻取体４には負極集電タブ１２としての内タブ１２ａ、及び外タブ１２ｂが突出している。第３の実施の形態では、この内タブ１２ａと外タブ１２ｂとは、回転方向に対して、略対向（１８０°反対側に位置）する位置関係にある。

第３の実施の形態の工程Ｓ２において、円板状で中央部から離れた所にスリット状の穴Ｕｓが開いた下部絶縁板８ａを、図１２Ｂに示すように、そのスリット状の穴Ｕｓに内タブ１２ａを挿入して巻取体４の上に置く。第３の実施の形態においては、内タブ１２ａの位置に応じて下部絶縁板８ａを回転させてスリット状の穴Ｕｓの位置合わせをして巻取体４に置く。

次に、工程Ｓ３において、図１２Ｃに示すように、外タブ１２ｂを巻取体４の内径方向に向かって折り曲げる。この時、外タブ１２ｂの『タブ折り曲げ長さ』が適切な長さに制御されているため、外タブ１２ｂの先端が巻き芯穴径の位置（最終的に接合される位置）を覆い、且つ、内タブ１２ａと接触しない長さになっている。下部絶縁板８ａの中央部には、従来例、及び第１の実施の形態のような丸穴Ｕｃがないので、巻取体４の内部に外タブ１２ｂが入り込むこともない。

次に、工程Ｓ４において、図１２Ｄに示すように、内タブ１２ａを巻取体４の内径方向に向かって折り曲げる。外タブ１２ｂの先端が、内タブ１２ａより巻取体４の巻き芯方向に対して内側にあるため、内タブ１２ａと外タブ１２ｂとが、物理的に干渉することはなく、折り曲げることができる。

次に、工程Ｓ５において、図１２Ｅに示すように、上記巻取体４を長手方向に反転させ、電池外装缶５に挿入する。すなわち、巻取体４を電池外装缶５内に収容する。

次に、工程Ｓ６において、図１２Ｆに示すように、電池外装缶５の底側（図面上では下側）から、レーザビーム１４を照射して、電池外装缶５と内タブ１２ａと外タブ１２ｂとを同時に接合する。内タブ１２ａは貫通溶接し、電池外装缶５と外タブ１２ｂとの間で接合されている。一方、外タブ１２ｂは非貫通溶接で、内タブ１２ａと接合されている。また、巻取体４の内部に溶融時のスパッタが入らないように、巻取体４の最内側にある外タブ１２ｂは非貫通溶接にしている。

次に、図１２Ａ及び図１２Ｄを参照して、第３の実施の形態における内タブ１２ａと外タブ１２ｂとの回転方向（捲回方向）に対する相対角度について述べる。例えば、図１２Ａは外タブ１２ｂと内タブ１２ａとの相対角度が、設計値通りに、つまり、平面視で外タブ１２ｂに対して内タブ１２ａが１８０°対向する角度にある場合であり、図１２Ｄは、外タブ１２ｂと内タブ１２ａを折り曲げた後の状態である。

更に、図１３Ａ〜図１３Ｄに示すように、外タブ１２ｂに対して内タブ１２ａが１８０°±９０°の角度関係にある場合でも、外タブ１２ｂを内タブ１２ａに干渉することなく先に折り曲げ、その後、内タブ１２ａを折り曲げることができる。つまり、第３の実施の形態による巻取り方法では、現状の巻取機の内タブ１２ａ、外タブ１２ｂそれぞれの角度ばらつき±４５°以上の相対角度の余裕度があり、巻取機で巻き取られた巻取体４を全て良品として取り扱うことができる。

以上、第３の実施の形態によれば、外タブ１２ｂに対して内タブ１２ａの相対角度が１８０°±９０°の関係にある場合（図１３Ｅ参照）、電池単体として第１の実施の形態と同じ効果が得られる。つまり、電池Ｂｔ３の激しい負荷による信頼性試験（落下試験、振動試験など）において、内タブ１２ａと外タブ１２ｂとの接合部分が外れることなく、且つ、内タブ１２ａと電池外装缶５との接合部分も外れることがない、信頼性の高い電池Ｂｔ３を実現することができる。

本開示による各実施の形態において、負極集電タブ１２である内タブ１２ａ及び外タブ１２ｂの材質として、主に、ニッケル、銅、及び、銅とニッケルのクラッド材が使われている。特に、車載用電池においては、内タブ１２ａ及び外タブ１２ｂに大電流が流れるので、銅とニッケルのクラッド材が広く使われる。ニッケルタブでは電気抵抗が高く、大電流が流れると溶断する。また、銅タブでは、銅の母材自身の強度が弱く、機械的な負荷がかかった際に切断されてしまう。一方、レーザ溶接においては、レーザの波長に対して銅は吸収率が低く（反射率が高い）、ニッケルは吸収率が高い（反射率が低い）ので、金属材料的には、ニッケル材の方が溶融しやすい。

内タブ１２ａ及び外タブ１２ｂという２つのタブ構成においては、内タブ１２ａのタブ導通長さ（巻取体４の接合位置から電池外装缶５の接合位置までの長さ）が比較的短いので、内タブ１２ａの電気抵抗も全体として大きくならず、ニッケルタブを使用することができる。一方、外タブ１２ｂは、タブ導通長さが比較的長いため、銅とニッケルのクラッド材が使われる。

しかし、従来の電池では、内タブ１２ａが巻取体４側にあり、電池外装缶５の底側からレーザビーム１４を照射して、電池外装缶５と外タブ１２ｂと内タブ１２ａとを同時に接合する場合、内タブ１２ａがニッケルタブであると、外タブ１２ｂを貫通してきたレーザビーム１４が、吸収率の高い材料であるニッケル材の内タブ１２ａで吸収され、内タブ１２ａが直ぐに貫通し、巻取体４の内部にスパッタが入ってしまうという問題が発生する。

一方、本開示による各実施の形態における電池では、電池外装缶５と内タブ１２ａとが接合されており、更に、内タブ１２ａと外タブ１２ｂとが接合されている。巻取体４に近い外タブ１２ｂは銅とニッケルのクラッド材であるので、レーザビーム１４が外タブ１２ｂを貫通しにくい。さらに、電池外装缶５と当接している内タブ１２ａがニッケル材であるので、レーザビーム１４を吸収しやすいので、低いレーザ出力で電池外装缶５と外タブ１２ｂと内タブ１２ａとを同時に接合することができる。つまり、レーザ発振器自身の定格レーザ出力も下げることができ、本製造設備のコストダウンを図ることができる。また、電池外装缶５へ照射されるレーザ出力が低くなるので、電池外装缶５の外側へ発生するスパッタ量も削減することができる。

以上、内タブ１２ａ及び外タブ１２ｂと２つのタブ構成で説明してきたが、３つ以上のタブ構成に対しても有効である。例えば、一番内側の内タブを最も電池外装缶５側に、一番外側の外タブを最も巻取体４側に、配置するように折り曲げれば良い。

本開示は、上記実施の形態のものに限らず、次のように変形実施することができる。

（１）上記実施の形態において、密閉型の電池が記載されていたが、これに限られず、開放型の電池であってもよい。本開示が適用される密閉型の電池は、その種類に特に制限はなく、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、又は、ニッカド電池などにも適用することができる。また、円筒型二次電池に限らず、角形二次電池、又は、一次電池にも適用してもよい。

（２）上記実施の形態において、負極板２に内タブ１２ａと外タブ１２ｂとの２つの集電タブを接続していたが、これに限られない。正極板１に２つの集電タブを接続し、正極集電タブ１１として上記実施の形態を採用してもよい。

本開示の電池の製造方法、及び電池は、二次電池、一次電池に適用することができる。

１ 正極板
２ 負極板
３ セパレータ
４ 巻取体
５ 電池外装缶
６ ガスケット
７ 上部絶縁板
８、８ａ 下部絶縁板
９ 溶融部
１０ 封口板
１１ 正極集電タブ
１２ 負極集電タブ
１２ａ 内タブ
１２ｂ 外タブ
１３ 溶接部
１４ レーザビーム
１５ キャップ
Ｕｃ 丸穴
Ｕｓ 穴

Claims (11)

1. 正極板及び負極板がセパレータを介して捲回されて構成され、前記正極板及び前記負極板のいずれか一方の極板の外周側に接続される外タブと、前記極板の内周側に接続される内タブと、をそれぞれ有する巻取体を準備する工程と、
   前記内タブを絶縁板の穴に挿入し、前記絶縁板を前記外タブおよび前記内タブが突出する前記巻取体の端部側に配置する工程と、
   前記外タブを、前記絶縁板上において前記巻取体の内径方向に折り曲げる工程と、
   前記絶縁板の前記穴に挿入された前記内タブを前記巻取体の内径方向に折り曲げて、先に折り曲げられた前記外タブと当接させる工程と、
   前記巻取体を前記絶縁板と共に電池外装缶内に収容する工程と、
   レーザビームにより、前記電池外装缶と折り曲げられた前記内タブとを貫通溶接させ、かつ、折り曲げられた前記内タブと折り曲げられた前記外タブとを非貫通溶接させる工程と、
   を備える電池の製造方法。
2. 前記絶縁板の前記穴は、前記絶縁板の中心に設けられている、
   請求項１に記載の電池の製造方法。
3. 前記絶縁板の前記穴は、前記絶縁板の中心をずらして設けられたスリットである、
   請求項１に記載の電池の製造方法。
4. 前記巻取体において、前記外タブに対して前記内タブが直交する角度に位置している、
   請求項１または２に記載の電池の製造方法。
5. 前記外タブに対して前記内タブの成す角度が、１８０°±９０°の範囲にある、
   請求項３に記載の電池の製造方法。
6. 正極板及び負極板がセパレータを介して捲回されて構成され、前記正極板及び前記負極板のいずれか一方の極板の外周側に接続される外タブと、前記極板の内周側に接続される内タブと、をそれぞれ有する巻取体と、
   前記内タブが挿入される穴を有し、前記外タブおよび前記内タブが突出する前記巻取体の端部側に配置された絶縁板と、
   前記巻取体を前記絶縁板と共に収容する電池外装缶と、を備え、
   前記外タブは、前記巻取体の内径方向に折り曲げられて前記絶縁板と当接し、
   前記内タブは、前記絶縁板の前記穴を通過して前記巻取体の内径方向に折り曲げられ、
   前記内タブが前記外タブと当接し、且つ、前記内タブが前記電池外装缶と当接するように、前記外タブと前記内タブと前記電池外装缶とが溶接された溶接部を備え、
   前記溶接部は、前記電池外装缶と前記内タブとを貫通し、前記外タブを非貫通とするように形成されている、
   電池。
7. 前記絶縁板の前記穴は、前記絶縁板の中心に設けられている、
   請求項６に記載の電池。
8. 前記絶縁板の前記穴は、前記絶縁板の中心をずらして設けられたスリットである、
   請求項６に記載の電池。
9. 前記巻取体において、前記外タブに対して前記内タブが直交する角度に位置している、
   請求項６または７に記載の電池。
10. 前記巻取体において、前記外タブに対して前記内タブの成す角度が１８０°±９０°の範囲にある、
    請求項８に記載の電池。
11. 前記内タブがニッケルで構成され、前記外タブが銅とニッケルのクラッド材で構成される、
    請求項６から１０のいずれか１つに記載の電池。

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